JPH02500853A - 過給内燃機関の補助燃焼チャンバの改良と、この補助チャンバを備えた内燃機関 - Google Patents
過給内燃機関の補助燃焼チャンバの改良と、この補助チャンバを備えた内燃機関Info
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
過給内燃機関の補助燃料チャンバの改良と、この補助チャンバを備えた内燃機関
本発明は、先ず、ターボコンプレッサで過給される内燃機関の補助燃焼チャンバ
に関するものである。このターボコンプレッサのコンプレッサの空気排出口は、
内燃機関の動作燃焼室の吸気口と流路の断面積を変化させるスロットル手段を備
えたバイパスパイプとに連通しており、また、そのタービンのガス取入口は、前
記動作燃焼室の排気口と前記バイパスパイプの前記スロットル手段より下流側と
に連通している。また、上記燃焼チャンバは、
上記バイパスパイプに連結された第1のキャビティと連通し且つフレームチュー
ブとチャンバ内端部材とで構成された1次燃焼ゾーンと、
前記1次ゾーンの下流側に位置し、動作燃焼室の排気口と連結された第2のキャ
ビティと連通し且つガス排出口がタービンのガス取入口と連通している2次希釈
ゾーンと、チャンバ内端部材に設けられ且つ前記1次燃焼ゾーンに向かって開口
している加圧された燃料取入口と、この燃料取入口から導入された燃料へ点火す
る点火手段とを備えている。
このような補助燃焼チャンバは、例えば、フランス国特許第2、265.979
号に開示されている。
本発明の目的は、特に、上記形式の補助燃焼チャンバがどのような作動レンジに
あった場合でも、上記1次ゾーンで燃焼を容易に燃料でき、過熱が起きないよう
に補助燃焼チャンバ中に導入される燃焼空気の流れを調整することによって補助
燃焼チャンバの各部を保護し、しかも、煤やコークスの堆積を抑制することにあ
る。
これらの目的を達成するために、本発明の補助燃焼チャンバでは、前記形式の補
助燃焼チャンバの1次燃焼ゾーンを一つの軸線を中心とした回転体の形にし、
上記1次燃焼ゾーンを、上記軸線と同軸に配置された円筒形および/または円錐
台形の平滑なフレームチューブとチャンバ内端部材(チャンバ底)とによって区
画し、この1次燃焼ゾーンと上記第1のキャビティとを連通しているこのフレー
ムチューブの空気孔の断面積を小さくし、
上記チャンバ内端部材を前記軸線と平行な方向に可動にし、1次燃焼ゾーンと第
1のキャビティとを別けている上記フレームチューブと一体な固定シート(弁座
)と、このチャンバ内端部材とによって、流路断面積が可変である上記スロット
ル手段(31)を構成し、
上記チャンバ内端部材をバランスピストンと一体のスリーブで構成し、このバラ
ンピストンとスリー、ブとを前記軸線と同軸に配置し、バランスピストンを第1
のキャビティの壁に固定された円筒ベアリング部中で摺動可能に支持し、上記の
加圧された燃料の取入口が、前記スリーブ内で1次燃焼ゾーンの方向に、個別に
、または、−〇〇の共通な開口部を介して、開口している少なくとも1個のノズ
ルによって構成されている。複数のノズルの場合には、各ノズルを上記軸線に垂
直な平面に等間隔に配置する。
本発明の燃焼チャンバの第1の利点は、空気の節約にある。
実際に、新しい燃焼空気の全ては、このチャンバ内端部材を通して導かれる。こ
の新しい空気は、フレームチューブを冷却する。その結果、オリフィスを完全に
無くすことはできないが、外側から小さいオリフィスを介して導入した空気流で
フレームチューブを冷却すること(「フィルム冷却」法または多孔壁法ミクロポ
ーラス法)が不要になる。
本発明による補助燃焼チャンバの第2の利点は、フレームチューブが技術的に単
純な構造をしている点にある。すなわち、本発明の補助燃焼チャンバではフレー
ムチューブが単純な平滑チューブであり、燃焼空気、より一般には、冷却空気用
の小孔がない。このように技術的に単純な構造にすることによって得られるメリ
ットは2つある。一つのは生産がかなり単純化できること(コストが削減でき、
このチューブを簡単な鋳造部品、セラミック部品等で構成することができる)で
あり、他の一つのは、材料が均一に加熱らられることである(これに対して、従
来の形式のチャンバでは、熱応力が小孔に集中し、その結果クランクの危険およ
び/または変形の危険があった)。
第3の利点は、燃焼空気の測定が容易になることにある。この空気はチャンバ内
端部材、すなわち、補助燃焼チャンバの温度の低い部分から導入されるため、こ
の空気を機械的に測定することが容易になる。
第4の利点は、1次燃焼ゾーンの内側の壁を換気することができる点にある。実
際、特定の構造を有するチャンバ内端部材とフレームチューブの内側の壁は燃焼
空気によって掃気されるため、これらの部材は完全に換気され、よく冷却され、
しかも煤やコークスの堆積が抑制される。
本発明の第1の改良によれば、前記スロットル手段を通過する空気の流れが、前
記軸の周りの回転を全く受けず、従って、この回転の遠心力の影響でこの空気の
流れに混合された燃料を外側に放出してしまうことがないよう構造を補助燃焼チ
ャンバが有している。
その結果、燃料のほぼ全量が補助燃焼チャンバで燃焼され、従って、燃料が節約
されるとともに排気ガスの浄化度が向上する。
好ましい構造では、上記ノズルはスリーブ内にほぼ放射状に形成されおり、スリ
ーブの後縁部近傍、さらに好ましくはスリーブが固定シート当接する部分の上流
側で開口している。この構成の有利な点は、スリーブの外周に燃料が均一に分配
されることによって、燃料が空気とよく混合される点にある。すなわち、ノズル
をシートの近傍で開口させると、燃焼空気の速度が最高になるため、よく混合さ
れた混合気が得られる。シートの下流側に開口部を設けた場合には、ノズルに燃
料を導く流路を第1のキャビティに連通させるオリフィスを設けることによって
、燃料の供給が止まった際にノズルが自動的に浄化される。
前記バランスピストンは、円筒形の固定キャビティ中を摺動する液圧ピストンと
共同作動させるのが好ましい。この円筒形キャビティは、可変燃圧発生手段と可
変ジェットとを介して上記ノズルに連通されている。この可変ジェットは、ニー
ドルおよびオリフィスと呼ばれる2個の要素が共同することによって構成される
。これらのニードルおよびオリフィスは、片方が液圧ピストンに固定され、もう
片方が上記の円筒形の固定キャビティに固定され、上記の流路断面積を変えるス
ロットル手段と同じ方向に可変ジェットの流路断面積が変化するようになってい
る。
上記の構造にすることによって以下の効果が得られる。先ず燃焼空気の流れの調
整と燃料の流れの調整とが同時に実行される、従って、調整の遅れに起因する位
相のズレが無くなり、常に正しい空燃比が実現される。
小径の液圧ピストンによってスリーブ(これには空気圧が加わる)を平衡させる
ことができるため、常に空気圧(P)よりも高い燃圧(PC2)を使用すること
ができる。従って、可変ジェットとノズルとの間の圧力差によって、常に燃料を
噴射させることが可能になる。
さらに、液圧制御することにより、可動部品を冷却し、潤滑することが可能とな
る。
液圧ピストンを備えた上記構成の改良例では、液圧ピストンが少なくとも1個の
凹部を有し、この凹部によって、可変燃圧下にある円筒形の固定キャビティを、
この可変燃圧の最低値よりも低い圧力に保たれている排出キャビティとが連通さ
れている。この場合、円筒形の固定キャビティと排出キャビティとは可動ピスト
ンが可変ジェットが全開になる方向の予め決められた位置を越えたときに、連通
ずるようになっている。
このように改良して得られる効果は重要であり、簡単な方法で流体弁が作られて
いる。すなわち、補助燃焼チャンバが急に高いレンジにれれた場合、この圧力調
整装置が可変燃圧(PC2)を最大にするように付勢される。その結果、液圧ピ
ストンに加わる作用によって、チャンバを全開位置にするように作動する。可変
ジェットが全開になり、しかも、噴射される燃料に加わる圧力差が最大に達する
ため、噴射される燃料の流れも最大になる。しかし、ターボコンプレッサには慣
性があるため、空気圧(P)が正しい値になるまでには時間がかかる。その結果
、空燃比が不十分となり、従って、補助燃焼チャンバおよびタービンが瞬間的に
過熱状態となることがある。炎が延びて少なくともタービンの一部を破壊する危
険性、または空気が不十分なために炎が消える危険性がある。前記の凹部はこれ
らの望ましくない現象を防ぐか、または制限する役目をする。以下、この点につ
いて詳細に説明する。
第1の解決法は、バランスピストンを液圧ピストンに剛体結合し、バイパスバイ
ブを2つの支線に分岐することである。これらの支線のうちの第1の支線は、コ
ンプレッサの空気排出口を補助燃焼チャンバの1次ゾーンの第1供給キヤビテイ
に連通し、第2の支線は、コンプレッサの空気排出口を補助燃焼チャンバの2次
希釈ゾーンの第2供給キヤビテイに連通している。
この第2の支線は、第2キヤビテイの上流側と連通し且つ機関の動作燃焼室の排
気口の上流側に設けられた流路断面積が可変な第2のスロットル手段を備えてい
る。この第2のスロットル手段は、これにより生じる差圧ΔPが、空気圧Pと同
方向に変化するように、より正確には、フランス国特許j!2.179.310
号、第2.222.537号および第2.308.792号に開示されている
如く、圧力Pと基準圧力P0との差に比例して変化するように構成されているの
が好ましい。
この第1の解決法の利点は、上記の差圧ΔPを内燃機関の回転数、従って、バイ
パスバイブを流れる空気流とは独立して、補助燃焼チャンバの状態とは無関係に
調整することができる点にある。
第2の解決法は、バランスピストンを液圧ピストンに結合しないで、円筒形の固
定ベアリング面中に、スロットル手段が開く方向には自由に摺動できるように、
支持することである。この場合には、スロットル手段が閉じる方向に動かされた
ときには、液圧ピストンと一体な当接部と当接することによって、液圧ピストン
と一緒に移動する。さらに、バランスピストンのスリーブと反対側は、円筒形の
固定ベアリング面と共に、はぼ基準圧力にあるキャビティを形成する。このキャ
ビティはほぼ空気圧下にある第1のキャビティとは分離されていて、バランスピ
ストンが液圧ピストンと一体な当接部を押していない場合には、流路断面積が可
変な上記スロットル手段によって発生される上記差圧ΔPが空気圧と基準圧との
間の差に比例するようになっている。
この第2の解決法の利点は、第1および第2のスロットル手段を結合して単一の
装置とすることによって、これらの機能を統合することがでのるという点にある
。従って、この方法ではより簡単且つより安価にアッセンブルすることができる
。
本発明は、さらに、上記の特徴を有する補助燃焼チャンバを具備した内燃機関に
関するもの、である。
本発明の上記以外の特徴と長所は、添付図面を参照した以下の説明から明瞭にな
るであろう。
第1図は、本発明に従って設けられた補助燃焼チャンバを具備する過給内燃機関
の概略図である。゛第2図は、本発明に従う補助燃焼チャンバの軸断面の一部を
拡大したものの概略図である。
第3図は、第2図の補助燃焼チャンバ内端部材をさらに拡大したものおよびこの
チャンバに燃料を供給する手段の軸線方向の断面の概略図である。
第4図は、第3図の補助燃焼チャンバを具備する過給機関の詳細図である。
第5図は、第4図の機関の変更したものの図である。
第6図は、第4図の実施例または第5図の変更例で用いられている基準圧力を作
り出すための手段を示す図である。
第7図は、本発明の補助燃焼チャンバにさらに改良を加えたものを示す図である
。
第8図は、補助燃焼チャンバ内端部材を構成するスリーブの変更例の一部軸断面
の概略図である。
第9図は、補助燃焼チャンバの燃料供給オリフィスの排出口の変更例を拡大した
ものの軸断面図である。
第10図は、第9図に垂直な面における第9図の細部を示す図である。
第11図は、他の変更例を示す図である。
本発明は、第1図に示す一般的な形式のターボコンプレッサ36によって過給さ
れる内燃機関35の補助燃焼チャンバ24に関する。機関35は、特に、圧縮ま
たは火花により点火が制御される機関であればよい。この第1図に示すように、
コンプレッサ38の空気排出口37は、機関35の動作燃焼室25の吸気口39
およびバイパスパイプ30に連通している。一般に、各動作燃焼室25は、シリ
ンダ内のピストンで形成される。タービン41のガス取入口40は、動作燃焼室
25の排気口42およびバイパスパイプ30に連通している。コンプレッサ38
と、一般的にはシャフト43を介して、それを機械的に駆動するタービン41で
ターボコンプレッサ36が構成され、それは、1段(図示されているよう)多く
とも2段である。吸入空気クーラ44が動作燃焼室25の吸入口39の上流側に
配置されている。バイパスパイプ30には、流路断面積を変えるスロットル手段
31が備えられる。
補助燃焼チャンバ24は、1次燃焼ゾーン1およびその下流側に2次希釈ゾーン
5を具備する。フレームチューブ2およびチャンバ内端部材3で構成される1次
ゾーン1は、バイパスパイプ30と連通した第1のキャビティ4と、少なくとも
1個の流路6で連通している。第1図および第4図の実施例に従うと、2次希釈
ゾーン5は、1次ゾーンの下流側に位置し、動作燃焼室25の排気口42と連通
した第2のキャビティ7と、ポート22とを介してバイパスパイプ30に通じて
いる。ポート22は、フレームチューブ2に続く希釈チューブ65に設けられて
いる。2次ゾーン5のガス排出口8は、タービン41のガス取入口40に連通し
ている。
第11図に示した変更例では、希釈ゾーンは、機関35の排気マニホールド74
で構成されている。希釈チューブ65は、複数の円錐部材73に置き換えられて
いる。ポート22は、この場合、同心の流路になっている。恐らく好ましくはな
いが、円錐部材73は絶対必要というわけではない。そのため一点鎖線で描かれ
ている。
チャンバ内端部材3に設けられている加圧された燃料の吸入口9は、1次ゾーン
1に開口している。最後に、補助燃焼チャンバ24は、吸入口9から導入される
燃料の点火手段を具備する。
これは、第1図には示されてなく、第7図に参照番号52として表されている。
本発明に従うと、第2図に概略が表されているように、1次ゾーン1は、軸線x
−x’を中心とした回転体の形をしており、フレームチューブ2とチャンバ内端
部材(チャンバ底)3とで構成されている。
フレームチューブ2′は、軸線x−x’ と同軸且つ平滑な円筒形および/また
は円錐台形をしており、その1次燃焼ゾーンと第1のキャビティとの間を連通し
ている空気供給オリフィスの断面は大きくない。「空気供給オリフィスの断面が
大きくない」という表現は、フレームチューブ2を補助的に冷却する小孔または
小断面の流路の存在までを否定しないということを表している。
チャンバ内端部材3は、軸線x−x’ と平行な方向に可動であり、フレームチ
ューブ2に固定された固定シート13とともに、流路断面積を変化させるスロッ
トル手段31を構成し、これにより第1のキャビティと1次燃焼ゾーン1とを隔
てている。このように構成すると、第1のキャビティ4と1次燃焼ゾーン1とを
連通させる流路6は、フランス国特許第2.265.979号に開示されている
ように、流路断面積を変化させるスロットル手段31と一致することになる。チ
ャンバ内端部材3は、バランスピストン11に剛体固定されたスリーブ10で構
成されている。スリーブ10およびピストン11は軸線x−x’ と同軸である
。バランスピストン11は、第1のキャビティ4に固定されている円筒形ベアリ
ング面12中を慴動する。加圧された燃料の吸入口9は、軸線x−x’に垂直な
面で等間隔に離れて配置されているノズル14で形成され、スリーブ10におい
てチャンバ内端部材3上で1次燃焼ゾーン1の方向へ分かれて開口している。
第9図および第1O図に示されている変更例では、燃料は、チャンバ内に複数の
溝14aを通じて導かれる。溝14aは、ノズル14に類似しているが、環状の
キャビティ69上に好ましくは接線方向のオリフィス68を介して開口している
。溝14aは、パージオリフィス63を通して第1のキャビティ4とつながって
いる。
環状のキャビティ69は、シート13の下流側でスリーブ10の周上に連続した
オリフィス70となって開口している。オリフィス70とキャビティ69と溝1
4は、ベアリング面72に圧入されたライナ71で囲まれている。このようにし
て、ジェット18で量を決められ且つオリフィス63から導入された空気と予め
混合された燃料が、キャビティ69によって均一な連続した膜にされ、連続した
オリフィス70から流出し、鋭いエツジ10が作るスリップ−ストリーム内で燃
焼する。
補助燃焼チャンバ24は、好ましくは、スリーブ10の外周とシート13との間
を通る空気とノズル14から噴出する燃料との混合気が、フレームチューブ2内
で軸線x−x’の周りで回転しないように構成されている。このように構成する
と、この混合気の燃料が遠心力の効果で外へ飛び出すことが防げる。
好ましい構成によれば、ノズル14は、スリーブ10内をほぼ放射状に延びて、
スリーブ10の後縁21近傍で開口するように形成されている。第2図に示すよ
うに、ノズル14は、好ましくはスリーブ10の固定シート13と当接する面の
下流側で開口している。
第8図に概略図が示されている改良は、スリーブ100周上で燃料が均一に配分
できない部分がないようにして、1次ゾーン1に導入される空気と燃料との混合
気を改善することと、燃料の小滴が速度の遠心成分、すなわちフレームチューブ
2の内壁の方向へ向かう成分、を受けないようにすることを目的とする。
これは、もし燃料がこの壁に到達すると、燃焼が不完全になるからである。
この目的のために、ノズル14は、できるだけ均等に配列され、スリーブ10の
外側の端部に形成された溝67の内側の壁の方向へ向いている。これにより、ノ
ズル14から噴出する小滴が速度の遠心成分を受けることを効果的に防ぐ。空気
/燃料の混合気は、ノズル14の排出口をスリーブ10の外周に関して接線方向
に配置すると、さらに混合状態が均一に改善される。溝67を環状の先端部材6
6で、ノズル14の排出口の上流側で延長することにより、燃料の膜の形成が促
進され、燃焼空気の流れによって、吸い込まれ、且つ噴霧される。先端部材66
の後端は、好ましくは、鋭いエツジになっており乱流渦の形成を助長する。
第3図に概略図が示されている有利な構造によれば、バランスピストン11は、
固定された円筒形のキャビティ15中で摺動する液圧ピストン17と共に機能す
る。このキャビティ15は、可変である燃圧PC2を発生する手段と、可変ジェ
ット18を介してノズル14とにつながっている。このジェット18は、円錐形
または円錐形に近い形であって、固定された円筒形キャビティ15の壁に固定結
合されたニードル23と、液圧ピストン17に備わったオリフィス26による流
路とが関連することで形成されている。
変更例としては、ニードル23をピストン17に固定結合し、オリフィス26に
よる流路を固定された円筒形キャビティ15の壁に備えることもできる。このア
ッセンブリは、可変ジェット18の流路断面積が、円筒形キャビティ15内のピ
ストン17の位置により変化し、スロットル手段31の流路断面積の変化と等し
い方向に変化するようになされている。
好ましくは、ピストン17には少なくとも1箇所の凹部19が形成されており、
圧力PC2が燃料に加わっているキャビティ15と、可変な圧力PC2の最低値
よりも低い圧力PCRに維持されている排出キャビティ20とを連通している。
この凹部19によってキャビティ15と20とが連通されるのは、液圧ピストン
が、ジェットが全開になる方向(第3図で右側の方向)の予め決められた位置を
越えて移動したときである。
第3図に概略が示されるよう、可変な燃圧を発生する手段16は、リザーバ28
から燃料を吸い上げ、圧力調整装置55が装着された排出ダクト54を介して円
筒形キャビティ15へ排出するポンプ27で構成されていてもよい。可変な燃圧
を発生する手段16は、燃圧PC2が、最低値(PC2)、i、、と最大値(P
C2)□8゜との間で、固定ジェット64とともに直列に接続された圧力調整装
置の流路断面積の関数として変化するよう構成されている。
バランスピストン11は、第3図および第4図に概略が示されるよう、液圧ピス
トン17に固定結合されていても、また、第5図に概略が示されるよう、後者に
結合されていなくてもよい。
以下、これら2種類の配置について説明する。
第4図に示す、バランスピストン11が液圧ピストン17に固定結合されている
第1の配置例によると、バイパスバイブ30は、2本の支線29および45に分
岐する。第1の支線29には第1のスロットル手段31が設けられ、補助燃焼チ
ャンバ2401次ゾーン1に空気を供給する第1のキャビティ4にコンプレッサ
38の空気排出口37をつなげている。第2の支線45は、補助燃焼チャンバ2
4の2次希釈ゾーン5に空気を供給する第2のキャビティ7にこの空気排出口3
7をつなげている。流路断面積を変化させる第2のスロットル手段46が、第2
の支線45の機関35の動作燃焼室25の排気口42とつながっている部分の上
流側に設けられている。第2のスロットル手段46は、第2のスロットル手段4
6の上流側の主な圧力Pと同方向に変化する、より詳細には、圧力Pと標準圧力
P9との間の差に比例した差圧△Pが発生するよう動作することが有利である。
第2のスロットル手段46は、第4図に有利な構成が示されている制御手段47
によって動作させられてもよい。
この目的のために、制御手段47は、第2のスロットル手段46のそれぞれ上流
および下流における主圧力に反応し、第2のスロットル手段46により生じる差
が圧力Pの関数で、好ましくは、圧力Pと同方向に変化するように適応させであ
る。圧力Pは、コンプレッサ38の空気排出口37をタービン41のガス取入口
40につなぐ回路の任意の点における主圧力である。好ましくは、第2のスロッ
トル手段46により発生する差圧ΔPが前記圧力Pと標準圧力P1との間の差に
比例している。このような制御手段47は、フランス国特許第2.1.79.3
10号、第2.222.537号および第2.308.792号に開示されてい
る。また、制御手段47は、第2のスロットル手段46につながるロッド56上
に装着された2個のピストン57および58を具備し、ピストン57の断面積は
、ピストン58の断面積よりも小さい。2個のピストン57および58は、途中
で内径が変わるシリンダ59内で動くようになっている。2個のピストン57.
580間に位置するシリンダ59の中央部はダクト60を介して支線29に連通
している。途中で内径が変わるシリンダ59の大きい径のピストン58の側の終
端部は、ダクト61を介して第2のスロットル手段46の下流側の支線45と連
通している。
これに対して、途中で内径が変わるシリンダ59の他方の終端部、すなわち小さ
い径のピストン47の側は、はぼ標準圧力PIのチャンバ62と連通している。
この構成により、スロットル手段46は、差圧△Pが圧力差(P−P” )のに
倍に等しいときに釣り合う。この場合には、比例定数で、2個のピストンを相互
に連結するロッド56の径を無視すると、小径のピストン57の断面積と大径の
ピストン58の断面積の比に等しい。
このように、フランス国特許第2.265.979に従って、補助燃焼チャンバ
2401次燃焼ゾーン1は、常に差圧△Pになっており、これにより、このチャ
ンバ24のあらゆる動作状態で、適正な乱流、適正な燃料供給および適正な冷却
が行われる。
さらに、キャビティ7が動作燃焼室25の排気口42およびバイパスバイブ40
の第2の支線45と連通していることにより、希釈チューブ65は、常にその外
壁がダクト45および42を流れる空気流およびガス流で冷却される。この空気
流およびガス流の総量は、機関350回転数とは実質的に関係ない。
第5図に示す、バランスピストン11が液圧ピストン17に結合されていない第
2の配置に従うと、バイパスバイブ30は分岐せず、第2のスロットル手段46
は第1のスロットル手段31が兼ねている。この場合、後者は、例として第5図
に概略が示されているように、第1のスロットル手段31の効果と第2のスロッ
トル手段46の効果を統合するように構成されている。バランスピストン11は
、円筒形部材12中で第1のスロットル手段31が開く方向、すなわち第5図で
右の方向へは、自由に慴動し、スロットル手段31が閉じる方向に動かされたと
きは、液圧ピストン17と一体の当接部32が押されてこのピストン17と共に
動く。バランスピストン11のスリーブ10と反対側の側面33は、円筒形の固
定ベアリング面12とともに、はぼ標準圧力P”にあるキャビティ34を形成し
ており、前述で定義した圧力Pにある第1のキャビティ4からは分離されている
。このアッセンブリは、スロットル手段31により発生する差圧が、バランスピ
ストン11が当接部点32を押していないときは、空気圧Pと標準圧力P1との
差に比例するよう構成されている。
第4図および第5図の場合、標準圧力P″は、予め決められた法則に従う空気圧
Pの関数の変数であることが好ましい。第6図に示されるように、この法則は、
標準圧力P9のチャンバ62を、第1の固定オリフィスG1を介して圧力Pのキ
ャビティ4に接続し、また、第2の固定オリフィスG2およびばねでバイアスが
かけられたチェックバルブを具備する第3のオリフィスG3を並列に介して大気
に接続することで実現するのが有利である。
第3のオリフィスG3が具備するチェックバルブは、標準圧力P0が、予め決め
られた閾値を超えそうになるときのみ開く。
第7図に示された重要な改良に従うと、チャンバ内端部材3中に、1次燃焼ゾー
ン1に開口し、スリーブ10の軸x−x’上に配置された燃料噴霧器49で主に
構成される予燃焼ゾーン48が具備されるよう変更されている。この燃料噴霧器
49は、常に燃圧発生手段16(最大圧力PCIに固定されている)に通じてお
り、第7図に示されるよう軸x−x’ に同軸で噴霧器49をの周りを囲んでい
る第3のキャビティ50に開口している。第3のキャビティ50は、第1のキャ
ビティ4と複数の固定されたオリフィス(すなわち、流路断面積が固定されてい
る)51で通じている。オリフィス51は、第3のキャビティ50で接線方向に
開口していることが好ましい。このオリフィス51は、補助燃焼チャンバ24の
あらゆる動作状態のもとで、噴霧器49から常に導入される燃料が完全燃焼する
のに必要な空気が通過できるよう大きさが決められている。予燃焼ゾーン48は
、前記点火手段52を具備することが有利であり、スリーブ10中で噴霧器49
により導入される燃料の近傍に配置されている。
最後に、第3のキャビティ50によるチャンバ内端部材3は、耐火性の材料の2
重壁53で構成されることが好ましい。噴霧器49により常に導入される燃料が
内部で燃焼するように改造された2重壁53は、予燃焼ゾーン48が動作した直
後から600℃以上の高温が続くようになっている。この2重壁53は、このよ
うに高温部を構成し、予燃焼ゾーン48の火が偶発的、瞬間的に消えた場合、自
動的に噴霧器49から導入された燃料の燃焼を再開させる。
既に簡単に説明したように、シート13の下流側にノズル14を開口させること
により、燃料の供給が止まったとき(スリーブ10がシート13に圧着し且つ第
7図の主予燃焼ゾーンは自己燃焼効果で燃焼している場合)に、ノズル14を浄
化することができる。これは、オリフィス63がノズル14に燃料を導く流路を
第1のキャビティ4に連通させるためでる。この浄化は、第2のスロットル手段
46(第4図)または第1のスロットル手段31(第5図)により行われ、オリ
フィス63を介してチャンバ内端部材30両側に作用する圧力の差だけで行われ
る。このオリフィス63は、スリーブ10(第3図および第7図)またはピスト
ン11(第2図)にシート13の上流側で形成されていて、ノズル14を第1の
スロットル手段31の上流側の空気圧P(キャビティ4)と連通している。この
オリフィス63は、空気と噴射された燃料との混合を助長する。閉じている位置
(待機状態)でチャンバ24を介して空気が漏れるのを減少させたい場合には、
スリーブ10がシート13に当接しているときに、オリフィス63が円筒形ベア
リング面12によって覆われるように配置することもできる。
このような過給機関35と補助燃焼チャンバ24は以下のように運転される。
1、点火および口火の維持(例えば、第3図および第7図による)。
燃圧発生手段16.27が運転され、中央噴霧器49へ燃料が直接送られる。点
火手段(スパークプラグ)52が作動される。噴霧器49の噴霧がよい状態なら
ば、直ちに口火が点火し、機関の運転のうちに偶発的に消えた場合でも、2重壁
53(第7図)が備えられているので非常に迅速に再点火される。
2、補助燃焼チャンバ24の主要部の点火。
燃圧発生手段16が開き、キャビティ15に最大噴射圧PC2が加わり、それに
よりシート13aスリーブ10との間の流路が開く。
同時に、ターボコンプレッサ36(第1図)が、適当な方法で回され、コンプレ
ッサ38で発生する空気圧Pが増加し、バイパスパイプ30を通ってくる空気で
チャンバ24は満たされる。
開いている状態では、チャンバ24は、可変ジェット18を開ける。噴射圧力が
最大になり、可変ジェット18の流路断面積も最大になるとき、ノズル14から
噴射される燃料の流量も最大になる。
3、主燃料の流量の可変制限(第3図)ターボコンプレッサ36は慣性があるた
め過熱の危険がある。
実際、チャンバ24(全開状態である)内の空気圧Pは、過供給や立ち消え(混
合気が濃すぎるための立ち消え)を起こすような最大流量の燃料が燃焼できるよ
うな最大空気流量になっていない。
チャンバ24が開いているときは、液圧ピストン17は凹部19を露出させ、燃
圧PC2のキャビティ15を戻し圧PCR(圧力PCRは、圧力PC2の最小値
よりも低い)のキャビティ20に連通している。従って、調整オリフィス64を
介して圧力PC2が低下する。調整オリフィス64は、液圧ピストン17を引き
戻し、ジェット18を閉じ、噴射される燃料の流量を減少させる。液圧ピストン
17が戻ると凹部19の一部が隠れ、液圧ピストン17に作用する燃圧PC2と
、バランスピストン11に加わる空気圧とが釣り合う。このようにして、燃圧P
C2は、空気圧Pに比例して増加し、ターボコンプレッサ36が加速している間
の過熱を防ぐ。後者は、空気圧Pが、圧力調整装置55によって決定される燃料
噴射圧力PC2と釣り合う値に達するまで加速し、そのとき凹部19が完全に閉
じる。圧力調整装置55を操作することにより、空気圧Pを所望の値に調整する
ことができる。
4、バイパスパイプ30が分岐している場合(第4図)において機関が回転して
いるときの操作。
4.1内燃機関出力の増加
機関35に負荷をかけたときには、動作燃焼室25から排気口42へ流出するガ
スの温度は上昇する。このガスは、キャビティ7へ入り、ボート22の作用で、
補助燃焼チャンバ2401次ゾーンからのガスと混合される。タービン41に入
るガスのエネルギは増加し、空気圧Pの上昇を引き起こし、そのためバランスピ
ストン11の釣り合いが崩れる。チャンバ24の内端部材3は、新しい釣り合い
となるまで後退して、スロットル手段31と可変ジェット18とを閉じる。
燃圧調整装置55は、燃圧PC2としての値、従って、ピストン11を釣り合わ
せる値にすることができることに注意されたい。
これによって、空気圧Pの値、従って、機関35の空燃比を容易に調節すること
ができる。
4.2機関の加速
機関35が加速すると、コンプレッサ38からバイブ37へ排出すれる空気流の
うち機関35が吸気する割合が増加し、バイパスパイプ30の支線45の空気流
が減少する。第2のスロットル手段460前後の圧損ΔPは減少し、これにより
、差動ピストン57.58の釣り合いが崩れる。後者は、釣り合いを回復する位
置まで移PはPの値に対応する初期値に戻る。
このように、チャンバ24の動作は加速に影響されない。所定の空気圧Pにより
、チャンバ24の内端部材3は所定の位置になり、従って、第1のスロットル手
段31の流路断面積が等しくなり(この値は第2のスロットル手段46によって
調整される)、スロットル手段31による圧損値が等しくなり、従って、空気流
量が等しくなり、燃料流量が等しくなり、最終的に空気と燃料の間の比が等しく
なる。
5、バイパスパイプ30が分岐していない場合(第5図)において機関が回転し
ているときの操作。
5.1機関の減速と加速
減速時には、コンプレッサ38から排出される空気のうち、機関35が吸気する
割合が減少する。バイパスパイプ30の空気流量は増加し、ピストン11に装着
されているスリーブ10の釣り合いが崩れる。実際、自由に動くとき、すなわち
、接点32を押していないときのスリーブ10の釣り合いは以下のようになる:
Sは、スリーブ10の外径であり、
Sは、バランスピストン11の直径であり、δは、接点32を備えるピストン1
7のロッドの直径である。
減速の場合、ピストン11は、再び以下の釣り合いとなるまで、第5図で右の方
向へ自由に動く:
△P=k(P−P”)
加速の場合、ピストン11は、第5図で左の方向(チャンバ24が閉じる)へ接
点32で止まるまで動く。
5.2出力の増加
出力は、4.1で説明したよう1こ増加する。
空気圧Pが増加すると、液圧ピストン17、従って、当接832が後退する。空
気流量(スロットル手段31)と燃料流量(ジェノうcy:に
り
7c7.y−A
国際調査報告
国際調査報告
FR+1800385
SA 2372
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1.コンプレッサ(38)の空気排出口(37)が、内燃機関(35)の動作燃 焼室(25)の吸気口(39)と、流路断面積が可変であるスロットル手段(3 1)を備えたバイパスパイプ(30)とに連通しており、タービン(41)のガ ス取入口(40)が前記動作燃焼室(25)の排気口(42)と、バイパスパイ プ(30)の前記スロットル手段(31)の下流側とに連通しており、さらに、 フレームチューブ(2)とチャンバ内端部材(3)とで形成され且つ上記バイパ スパイプ(30)に連結された第1のキャビティ(4)と連通した1次燃焼ゾー ン(1)と、 前記1次ゾーン(1)の下流側に位置し、上記動作燃焼室(25)の排気口(4 2)に接続された第2のキャビティ(7)と連通し且つガス排出口(8)がター ビン(41)のガス取入口(40)と連通している2次希釈ゾーン(5)と、 前記チャンバ内端部材(3)中に設けられ且つ1次燃焼ゾーン(1)に向かって 開口している加圧された燃料の取入口(9)と、前記燃料取入口(9)から導入 された燃料の点火手段(52)と、を有するターボコンプレッサ(36)で過給 される内燃機関(35)の補助燃焼チャンバ(24)において、 (a)上記1次燃焼ゾーン(1)が一つの軸線(X−X′)を中心とした回転体 の形状をしており、 (b)この1次燃焼ゾーン(1)を規定している上記フレームチユーブ(2)が 上記軸線(X−X′)と同軸で平滑な円筒形および/または円錐台形の形をして おり、この1次ゾーン(1)と上記第1のキャビティ(4)とを連結する空気供 給孔の断面積は縮小されており (c)上記チャンバ内端部材(3)は、上記軸線(X−X′)と平行な方向に可 動であり、しかも、上記の流路断面積が可変であるスロットル手段(31)を形 成するように、上記フレームチューブ(2)と一体な固定シート(13)と共に 、上記第1のキャビティ(4)と上記1次燃焼ゾーン(1)とを区切っており、 さらに、このチャンバ内端部材(3)は上記軸線(X−X′)と同軸なバランス ピストン(11)と一体のスリーブ(10)で構成されており、このバランスピ ストン(11)は上記第1のキャビティ(4)の壁と一体な円筒形ベアリング面 (12)中を摺動し、(d)上記の加圧された燃料の取入口(9)が、前記スリ ーブ(10)内で1次燃焼ゾーン(1)の方向に開口した少なくとも1個のノズ ル(14)によって構成されていることを特徴とする補助燃焼チャンバ。 2.上記スロットル手段(31)を通過する空気流によって、前記空気流と混合 された燃料が遠心力効果によって前記軸線(X−X′)を中心とする回転運動で 外側へ放出されないようになっていることを特徴とする請求項1に記載の補助燃 焼チャンバ。 3.上記ノズル(14)むが少なくとも上記スリープ(10)中でほぼ放射方向 に延び、前記スリーブ(10)の後端(21)近傍で開口していることを特徴と する請求項1または2に記載の補助燃焼チャンバ。 4.上記ノズル(14)が固定シート(13)の所で上記スリープ(10)の下 流側に開口していることを特徴とする請求項3に記載の補助燃焼チャンバ。 5.上記バランスピストン(11)が、可変な熱圧(PC2)発生手段(16) と連通した円筒形の固定キャビティ(15)中を摺動する液圧ピストン(17) と共働し且つニードル(23)とオリフィス(26)の2つの要素によって構成 される可変ジェット(18)を介して上記ノズル(14)とと共働し、上記2つ の要素の一方は上記液圧ピストン(17)に、また、その他方は上記の円筒形の 固定キャビティ(15)にそれぞれ固定されていて、上記可変ジェット(18) の流路断面積が上記の流路断面積が可変であるスロットル手段(31)と同じ方 向に変化することを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の補助燃焼チ ャンバ。 6.可動液圧ピストン(17)が少なくとも1つの凹部(19)を有し、この凹 部(19)が、可変な燃圧(PC2)において、上記の円筒形の固定キャビティ (15)をこの可変な燃圧(PC2)の最低値以下の圧力(PCR)に維持され ている排出キャビティ(20)と連通させており、これら両方のキャビティ(1 5)と(20)の連通は、上記可動液圧ピストン(17)が上記可変ジェット( 18)が全開する方向に前進した所定の位置を越えた時に、行われることを特徴 とする請求項5に記載の補助燃焼チャンバ。 7.上記バランスピストン(11)が上記液圧ピストン(17)に剛体結合され ており、 上記バイパスパイプ(30)が2本の支線(29および45)に分岐されており 、 このバイパスパイプ(30)の第1の支線(29)は、コンプレッサ(38)の 空気排出口(37)を燃焼チャンバ(24)の1次燃焼ゾーン(1)の第1の供 給キャビティに連通しており、このバイパスパイプ(30)の第2の支線(45 )は、前記空気排出口(37)を燃焼チャンバ(24)の2次希釈ゾーン(5) の第2の供給キャビティ(7)に連通しており、 この第2の支線(45)はさらに流路断面積が可変な第2のスロットル手段(4 6)を有し、この第2のスロットル手段(46)は上記第2のキャビティ(7) との連通部分の上流側畳つ上記内燃機関(35)の動作燃焼室(25)の排気口 (42)との連通部分の上流側に配置されていることを特徴とする請求項1〜6 のいずれか一項に記載の補助燃焼チャンバ。 8.流路断面積が可変な上記第2のスロットル手段(46)が、その上流側と下 流側の各々に生じている圧力に応答する制御手段(47)によって駆動され、上 記圧力は、前記第2のスロットル手段(46)により生じる差圧がコンプレッサ (38)の空気排出口(37)をタービン(41)のガス取入口(40)に連結 している回路の任意の点に加わる空気圧(P)のみの関数として変化し、この空 気圧(P)が好ましくは上記差圧と同じ方向に変化することを特徴とする請求項 7に記載の補助燃焼チャンバ。 9.第2のスロットル手段(46)により生じる差圧(ΔP)が前記空気圧(P )と標準圧力(P°)との差に比例することを特徴とする請求項8に記載の補助 燃焼チャンバ。 10.上記バランスピストン(11)が上記液圧ピストン(17)とは分離され ていて、上記円筒形の固定ベアリング面(12)中で上記スロットル手段(31 )の開く方向に自由に摺動し、上記スロットル手段(31)が閉じる方向に動く 場合には、液圧ピストン(17)と一体の当接部(32)と当接して、上記液圧 ピストン(17)と一緒に動作し、上記バランスピストン(11)のスリーブ( 10)Gと反対側の面(33)が、上記の円筒形の固定ベアリング面(12)と 共に、標準圧力(P°)を有するキャビティ(34)を構成し、このキャビティ (34)は、コンプレッサ(38)の空気排出口(37)とタービン(41)の ガス取入口(40)とを連結している回路上の任意の点に加わっている空気圧( P)を有する上記キャビティ(4)とは分離されており、上記バランスピストン (11)が液圧ピストン(17)と一体な上記当接部(32)を押していないと きには、上記の流路断面積が可変なスロットル手段(31)により生じる差圧( ΔP)が、空気圧(P)と標準圧力(P°)との差に比例するようになっている ことを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の補助燃焼チャンバ。 11.上記標準圧力(P°)が可変であり、予め決められた法則に従った上記空 気圧(P)の関数であることを特徴とする請求項9または10に記載の補助燃焼 チャンバ。 12.上記の予め決められた法則が、標準圧力(P°)にあるキャビティ(62 )を第1の固定オリフィス(G1)を介して空気圧(P)にあるキャビティと連 通させ、しかも、標準圧力(P°)にあるこのキャビティを第2の固定オリフィ ス(G2)とこの標準圧力(P°)が所定の閾値に達したときにのみ開く第3の 可変オリフィス(G3)を介して大気と連通させることによって求められること を特徴とする請求項11に記載の補助燃焼チャンバ。 13.チャンバ内端部材(3)中に設けられた予燃焼ゾーン(48)が前記1次 ゾーン(1)に向かって開口しており、この予燃焼ゾーン(48)が、上記スワ ーブ(10)の前記軸線(X−X′)上に設けられ且つ上記燃圧発生手段(16 )に常に接続されている燃料噴霧器(49)で構成されており、 この燃料噴霧器(49)は、前記軸線(X−X′)と同軸で且つ前記噴霧器(4 9)の先端を取り囲んでいる第3のキャビティ(50)中に開口しており、 この第3のキャビティ(50)は、接線方向または一部か接線方向に配置されて いる固定オリフィス(51)を介して上記第1のキャビティ(4)に連通してお り、 上記固定オリフィス(51)は、補助燃焼チャンバ(24)の全ての動作状態に おいて、燃焼噴霧器(49)から絶えず導入される燃料を完全燃焼させるのに必 要な空気を通過させることができるような寸法を有していることを特徴とする請 求項1〜12のいずれか一項に記載の補助燃焼チャンバ。 14.前記予燃焼ゾーン(48)が、燃料噴霧器(49)を介して導入される燃 料の取入口近傍且つスリーブ(10)内部に配置された点火手段(52)を備え ていることを特徴とする請求項13に記載の補助燃焼チャンバ。 15.第3のキャビティ(50)を規定するチャンバ内端部材が、予燃焼ゾーン (48)が作動した後は常に600℃以上の高温を維持するような耐火材料の2 重壁(53)で構成されいて、予燃焼ゾーン(48)の火が偶発的、瞬間的に消 えた場合には、噴霧器(49)から導入された燃料の燃焼を自動的に再開させる ことができるようになっていることを特徴とする請求項13または14に記載の 補助燃焼チャンバ。 16.上記ノズル(14)が、第1のキャビティ(4)と連通したパージオリフ ィス(63)と連結していることを特徴とする請求項1〜15のいずれか一項に 記載の補助燃焼チャンバ。 17.上記ノズル(14)むが溝(67)の中に開口し、この溝(67)が環状 の先端部(66)によって規定されていることを特徴とする請求項1〜16のい ずれか一項に記載の補助燃焼チャンバ。 18.上記請求項1〜17のいずれか一項に記載の補助燃焼チャンバ(24)を 備えた、ターボコンプレッサ(36)のコンプレッサ(38)の空気排出口(3 7)が内燃機関(35)の動作燃焼室(25)の吸入口(39)とバイパスパイ プ(30)とに連通され、上記ターボコンプレッサ(36)のタービン(41) のガス取入口(40)が前記動作燃焼室(25)の排気口(42)と前記バイパ スパイプ(30)とに連通され、上記補助燃焼チャンバ(24)が前記バイパス パイプ(30)に装着され、このバイパスパイプ(30)にはスロットル手段( 31)が設けられていることを特徴とするターボコンプレッサ(36)によって 過給される内燃機関。
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